血管紧张素II(Ang II)的持续输注 通过 渗透泵法是构建高血压心肌纤维化动物模型的经典方法之一。本方案系统优化了该模型的构建流程,并详细阐述了渗透泵植入、定位及血管紧张素Ⅱ(Ang II)浓度设置的关键要点。
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血管紧张素II(Ang II)的持续输注 通过 渗透泵法是构建高血压心肌纤维化动物模型的经典方法之一。本方案系统优化了该模型的构建流程,并详细阐述了渗透泵植入、定位及血管紧张素Ⅱ(Ang II)浓度设置的关键要点。
血管紧张素II(Ang II)的持续输注 通过 渗透泵是建立高血压心肌纤维化动物模型的常用方法。然而,现有文献报道中该技术存在某些局限性,例如不稳定性 血管紧张素II(Ang II)使用不当、泵植入位置不准确以及缺乏标准化操作流程。目前关于该模型建立方法的报道仍相对有限。本方案系统优化了通过Ang II渗透泵诱导小鼠高血压性心肌纤维化模型的建立过程,包括Ang II溶液的标准化配制、剂量校准、渗透泵皮下精准植入以及模型评价指标的定量标准。实验结果表明,采用Ang II渗透泵诱导的小鼠高血压性心肌纤维化模型具有较高的存活率。皮下植入后7天,收缩压(SBP)稳定在160 mmHg。模型小鼠左心室射血分数显著降低,左心室舒张末期内径增大。与假手术组相比,高血压心肌间质及血管周围区域的胶原沉积明显增加。本研究基于小样本量(n = 6)初步验证了采用Ang II联合渗透泵构建小鼠高血压性心肌纤维化模型的可行性,并建立了定量的表型验证体系。
心肌纤维化(MF)是高血压的主要病理结局之一,其特征是在受损或受压的心肌中过度沉积胶原纤维。它是高血压介导的靶器官损害最重要的形式之一,并导致进行性心脏功能障碍1,2。建立合适的动物模型对于深入研究高血压性心肌纤维化的发病机制以及开发新的治疗策略至关重要。血管紧张素II(Ang II)是肾素-血管紧张素系统的核心效应分子,在高血压的发生发展中起关键作用3。因此,基于Ang II诱导的方法已成为建立小鼠高血压模型的常用手段。
目前构建高血压动物模型的主要方法包括手术诱导、药物诱导和转基因自发性模型。手术诱导通常采用肾动脉缩窄、升主动脉缩窄或主动脉弓缩窄等技术,人为增加血流阻力,从而诱发血压升高4。尽管这些方法可快速建立适用于研究应激负荷相关心肌重塑过程的高血压状态,但操作复杂,且术后并发症较多。药物诱导一般通过腹腔注射或口服给药方式使实验动物血压升高5。该技术相对简便,但模型稳定性易受药物剂量、给药频率及动物应激反应等因素干扰。自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats)和BPH/2J高血压小鼠等转基因模型具有稳定的高血压表型,广泛应用于遗传性高血压研究。然而,其单一的致病机制限制了对多因素诱导的临床高血压的模拟能力。
最近,基于持续血管紧张素 II(Ang II)输注的高血压模型 通过 皮下渗透泵已得到广泛应用。该方法能够以恒定速率持续释放血管紧张素II(Ang II),在较长时间内维持稳定的血液浓度,从而紧密模拟病理过程,复制小鼠高血压性心肌纤维化6,7,8然而,该方法仍存在一些重要局限性,尤其是在实验方案的标准化以及纤维化结果的一致性方面。这些局限性可能受到多种因素的影响,例如泵植入技术以及动物个体特异性的反应差异。9为弥补上述不足,本研究优化了基于血管紧张素II渗透压泵的小鼠模型,标准化了关键实验步骤,并提供了可视化操作流程。这些改进显著提高了实验的可重复性和实用性,为今后研究高血压性心肌纤维化提供了有价值的参考依据。
所有实验操作均按照美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)《实验动物护理和使用指南》进行,实验方案已获西南医科大学动物研究委员会批准(批准编号:SWMU2020317)。
1. 血管紧张素II溶液的制备及渗透泵的填充
2. 渗透泵的植入及模型构建 6
3. 血压测量
4. 心脏功能测量
5. 马松染色
6. 统计分析
12只小鼠皮下植入渗透压泵后均存活。模型组全部成功诱导出高血压(n = 6)。术后第7天,模型组平均收缩压超过160 mmHg(图1A)。在第14、21和28天,模型组的收缩压持续高于160 mmHg。相比之下,假手术组在整个实验期间收缩压维持在正常水平(约90–110 mmHg),无明显升高。
在植入渗透压泵28天后,超声心动图显示,与假手术组相比,模型组小鼠出现心室壁变薄、后壁代偿性增厚以及前壁运动减弱(图1B)。左心室射血分数(LVEF)和左心室缩短分数(LVFS)显著降低(P < 0.01),而左心室舒张末期内径(LVIDd)和收缩末期内径(LVIDs)显著增加(P < 0.01)(图1C-F)。结果表明,模型组小鼠出现了心脏结构改变,表现为左心室肥厚及心功能受损。相反,假手术组小鼠的心室大小(LVIDd、LVIDs)、室壁厚度及心功能参数(LVEF、LVFS)均保持正常,未见上述异常改变。
心肌纤维化(MF)的病理改变与心肌组织内胶原沉积及炎症因子表达密切相关17,18。小鼠术后第28天心肌组织的Masson染色结果显示(图1G),假手术组未见明显蓝色染色的胶原纤维,而模型组在心肌间质及血管周围区域出现显著增多的网状胶原纤维染色。与假手术组相比,Ang II模型组心房纤维化面积比例显著升高(P < 0.01)。这些结果初步验证了Ang II渗透泵可诱导心肌间质和血管周围纤维化,但需考虑样本量较小及潜在变异性的因素。

图 1:血管紧张素 II 诱导的高血压心力衰竭小鼠模型中假手术组与模型组的比较。(A)平均收缩压(SBP)测量结果。(B)显示 M 型超声心动图图像。超声心动图测定的心功能参数如下:(C)左心室射血分数(LVEF,%);(D)左心室缩短分数(LVFS,%);(E)左心室舒张末期内径(LVIDd,mm);(F)左心室收缩期内径(LVIDs,mm)。(G)通过 Masson 三色染色法对成纤维细胞染色以评估心室纤维化。比例尺:625 µm;1000 µm。(H)为评估心室纤维化程度,测量纤维化区域并以占总面积的百分比表示。所有数据均表示为均值 ± 标准差(每组 n=6)。**P < 0.01。 请点击此处查看该图的放大版本。
本方案优化了使用渗透压泵持续输注血管紧张素II(Ang II)以诱导高血压性心肌纤维化的关键步骤,并详细阐述了渗透压泵的植入位置和Ang II浓度设置等关键环节。选择2004型泵是因为其可维持4周的输注时间,Ang II剂量则根据标称输注速率计算,并考虑了批次间极小的变异性。该模型的有效性通过收缩压(SBP)监测、心脏彩色多普勒超声和Masson染色得以验证。本方案采用8周龄雄性C57BL/6J小鼠,以确保实验对象发育阶段的一致性,从而最大限度地减少年龄对实验结果的混杂影响19。
在植入血管紧张素II(Ang II)缓释渗透泵后的第7天,模型组小鼠的收缩压(SBP)显著升高,随后稳定在160 mmHg左右,并持续维持该水平达三周。这一动态变化与Ang II的双相升压机制相一致:急性期(1周内)主要由Ang II直接激活血管平滑肌上的AT1受体,引起强烈血管收缩并迅速释放醛固酮;慢性期(2–4周)则涉及持续暴露于Ang II所导致的血管重塑、心肌肥厚及交感神经激活,反映了其神经体液调节特性20,21。这些结果与既往报道的Ang II输注模型中的血压变化趋势一致;然而,本实验方案使目标高血压状态的达成时间早于大多数类似研究,后者通常需要10–14天。这可能归因于本模型所采用的靶向释放机制及优化的Ang II剂量22。与背部植入方式相比,颈部植入可减少因小鼠抓挠导致泵体移位的风险。本Ang II输注模型使小鼠收缩压持续维持在约160 mmHg,既保证了动物存活,又通过持续、轻度的病理刺激诱导心肌纤维化,从而更真实地模拟人类高血压性心肌纤维化的病理过程11。第28天时,模型组出现左心室射血分数(LVEF)显著降低并伴有左心室扩张,这一特征由Ang II介导的双重病理效应协同驱动:Ang II可直接激活TGF-β1/Smad3通路,促进心肌细胞的病理性重塑;而高血压作为该病理过程的初始致病因素,通过增加心脏后负荷进一步放大不良后果。作为心脏的主要泵血腔室,左心室承受的体循环压力负荷显著高于右心室。这种明显且持续升高的机械应力进一步激活心肌细胞和成纤维细胞中的TGF-β通路。上述两条通路共同促进胶原纤维的异常合成与沉积,破坏心肌细胞及心肌间质的正常结构,损害心肌舒缩协调性,最终导致不良心脏重塑23,24。心脏组织的Masson染色显示典型的血管周围胶原沉积。由Ang II诱导的高血压性心肌纤维化表现为弥漫性间质纤维化,其特征为增粗的胶原纤维束主要沉积于间质区域和血管周围,心内膜区域围绕心肌细胞出现小灶性胶原沉积,心外膜区域则可见胶原纤维束包绕心肌细胞束。心内膜下和心外膜下的胶原沉积可阻碍心肌细胞产生的力向左心室腔的有效传递,从而对心肌收缩功能产生不利影响25,26。与既往采用Ang II联合去氧肾上腺素(PE)的建模方案相比,本方案中单独使用Ang II所诱导的纤维化程度明显较低。相比之下,Ang II+PE模型由于过度激活αV整合素通路,常表现出更显著的纤维化程度,超出临床高血压患者中常见的范围。因此,本方法避免了联合用药所导致的模型病理特征与临床实际之间的偏差27,28。
总之,本方案通过持续输注Ang II成功建立了高血压性心肌纤维化模型 通过 一种渗透压泵,为研究高血压相关心肌纤维化的发病机制提供了标准化且具有广泛适用性的方法。然而需要注意的是,尾套容积描记法可能存在的变异性、评估过程未设盲以及本方案中使用的小样本量,可能共同引入影响研究结果的偏倚。此外,研究结果仅来源于雄性小鼠,可能限制其在不同性别的普适性。尽管该方案在年轻雄性C57BL/6J小鼠中表现出稳定的心肌纤维化诱导效果,但其在老年、雌性或基因修饰小鼠品系中的有效性仍需进一步验证。此外,该方案在研究高血压诱导的肾纤维化方面亦具有潜力,但其在其他高血压相关器官纤维化疾病中的适用性仍有待探索29,30.
所有作者均声明本论文不存在利益冲突。
本工作受到国家自然科学基金(82074378)和科学技术项目 &四川省科学技术厅(2022YFS0618),四川省科学技术厅办公室项目 &泸州市科学技术与人才项目(2023JYJ029)、2024年广东省中医药重点实验室项目(HQCML-C-2024005)、深圳市科技计划项目(JCYJ20230807094603007,JCYJ20240813152440051)、深圳市医疗卫生科研项目(A2403028)、四川省医学会项目(Q2025014)以及西南医科大学项目(2024ZKZ007,2024ZKY073,2023ZYYQ04)提供资助。资助方在研究设计、数据分析及发表决定方面无任何作用。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 血管紧张素 II | Sigma-Aldrich Corporation | Sigma, A9525 | |
| 动物麻醉机 | 深圳瑞沃德生命科技有限公司 | R530 | |
| 动物呼吸机 | 深圳瑞沃德生命科技有限公司 | R415 | |
| GraphPad Prism | GraphPad Software Inc. | Version 9.0 | |
| 智能无创血压监测仪 | 日本Soft Dragon公司 | Softron, BP-98A | |
| 光学显微镜 | 易景通光学技术(上海)有限公司 | OLYMPUS, SZ61TR | |
| Masson三色染色液及试剂盒 | 北京索莱宝科技有限公司 | Solarbio, G1340 | |
| 小鼠 | 成都达硕实验动物有限公司 | C57BL/6J | |
| 渗透压泵 | ALZA Corporation | Alzet, Model 2004 | |
| 超声成像系统 | FUJIFILM VisualSonics Corporation, Canada | FUJIFILM, Vevo 3100 |
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